振动水柱方式波力发电

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：“海明”的第一次海上试验于1978~1979年在山形县鹤冈市由良海域进行，取得了初步成果，为目前世界最大的波力发电出力，年发电量可达19万千瓦时。挪威石油能源部计划建设发电10兆瓦的新波力发电站。这个波力电站计划由Kvaerner公司建设，以现在正运行的“振动水柱方式”波力发电为基础。英国试制了一台波力发电装置，并装在一艘浮动式驳船上做试验。这是我国第一台波力自动发电装置的对外展出，将使这一科研新成果打入国标市场。

“无风三尺浪”是奔腾不息的大海的真实写照。海浪有惊人的力量，5米高的海浪，每平方米压力就有10吨。大浪能把13吨重的岩石抛至20米高处，能翻转1700吨重的岩石，甚至能把上万吨的巨轮推上岸去。

海浪蕴藏的总能量是大得惊人的。据估计地球上海浪中蕴藏着的能量相当于90万亿千瓦时的电能。

科学技术的发展，提高了人类驾驭海浪的本领。20世纪60年代初，人们开始研究利用波浪的力量来发电，这便是别具一格的波力发电。

近些年来，世界上一些国家相继进行了波力发电的研究，而且开始了实际应用的探索。

四面环海的日本具有丰富的波浪资源，为了能有效地开发这些资源，日本海洋科学技术中心，从1974年开始进行波力发电装置的研制，并建造了大型波力发电船“海明”，船体长80米，宽12米，总重788吨。“海明”的第一次海上试验于1978~1979年在山形县鹤冈市由良海域进行，取得了初步成果，为目前世界最大的波力发电出力，年发电量可达19万千瓦时。存在问题是：阀的破损率约为10%，阀箱大，空气出力不足，发电出力变化大，发电成本高达340日元每千瓦时等。

为了解决上述问题，于1985年9月3日至1986年3月31日，在山形县鹤冈市由良海上3公里处进行了第二期海上试验。第二期试验以完成经济的空气透平为目标，在“海明”船上进行无阀串联式威尔斯透平试验，以确认其实用化。另外，以发电成本为50日元/千瓦时为目标，进行最佳船形、空气流相位控制、出力集约化等各种实用化研究。

日本在千叶县九十九里町片贝海岸建成一种新式波浪发电装置，总投资1.46亿日元，输出功率为30千瓦。新式波浪发电装置由波能吸收器、送气管、定压化罐和压缩空气发电机等构成。其最大特点是，定压化罐将压缩空气进行定压化处理后送入压缩空气发电机，容易得到稳定的优质电能，并克服了波浪发电成本较高的缺陷。

实验表明，如果把定压化罐和高效大容量空气压缩发电机联用，则发电效率更高。

挪威石油能源部计划建设发电10兆瓦的新波力发电站。该电站1990年开始运行。这个波力电站计划由Kvaerner公司建设，以现在正运行的“振动水柱方式”（OWC）波力发电为基础。OWC是将进入高20米钢管的波变为水柱，利用活塞的作用，使内部空气运动，驱动500千瓦威尔斯透平旋转的装置。

新的10兆瓦波力发电站预定建于卑尔根附近，用这种方式发电，在过大的波冲击时，会发生空气透平失速问题，Kvaerner公司考虑安装圆形控制阀控制，皇后大学的研究小组考虑采用两个威尔斯透平同轴组合方式，即使前段失速，后段仍可产生动力。新的10兆瓦机组发电成本预计低于2.5便士/千瓦时。

瑞典制造了一种漂浮的三角状装置，它们用铝制成，有许多灵巧的叶轮紧紧“咬住”浪峰，像曲轴那样转动。这种海浪发电站的发电成本为每千瓦时12芬尼，比其他发电站便宜得多。

20世纪70年代初爆发的石油危机，第一次大力推动波浪发电技术的研究。那时美国洛克希德公司开始进行了波浪发电实验。(www.chuimin.cn)

英国拨出100万英镑发展海洋动力技术。发明气垫船的克里斯托弗·科克莱尔设计一种活动减摇装置，将它们放在波浪上，各种活动关节都能转动起来。

特赫姆大学科学家的测算表明，仅2500公里长的挪威岩石窄湾线上，一年就有6亿兆瓦潜在的电力。

在各类海浪发电技术中，“振动杆”更有前途。这座试验电站很像排管，安装在卑尔根以西的岩坑中，按水力活塞原理工作。但现在这种装置运转时也有麻烦。最初实验时，螺旋桨一转动就发出极其悲惨的吼叫声。参观过发电站的专家们说：“噪声很像空袭警报汽笛，而且很远就能听到。”1989年初大风暴期间，16米高塔经受不住而倒入大海。

该计划领导人打算使涡轮机在改进结构的新型混凝土基础上重新投产。

与挪威人的笨重设施完全不同，瑞典人的转子结构特别轻巧。它几乎不用铝，便于运输，而且没有沉重的机械零件，瑞典人寄希望于小岛国的订货。

英国试制了一台波力发电装置，并装在一艘浮动式驳船上做试验。它在3米高的浪头时，发电能力为110千瓦；在5米浪头时，最大发电能力为220千瓦。这种装置的发电原理是，将空气轮机驱动的发电机装在一个摇摆式的水塔上，随着波浪的升降，水塔上方气室内的空气压力就有所增减。单向调节阀控制着气流朝一个方向流动，这时空气轮机就驱动发电机旋转发电。

我国也在积极开发波力发电技术，中国科学院广州能源研究所研制成功的BD102型波力发电装置，于1986年1月在香港举办的广东省经济贸易展览会上，受到外商的好评。香港中华船舶公司提出代理该产品的出口，并为此签订了有关意向书。5月份，在1986年春季广州出口商品交易会上展出，有些外国公司要求订货。这是我国第一台波力自动发电装置的对外展出，将使这一科研新成果打入国标市场。

BD102型波力自动发电装置是一种以可再生的海洋能为能源的新型波力发电装置。它是在1985年3月通过鉴定的BD101型的改进型。将其安装在带中心管的浮标上，利用浮标的上下升降运动，使中心管气室吸入和排出空气，将波浪能转换成空气动能，从而驱动透平带动发电机发电。所发电能既可作海洋航标灯用电源，亦可作海洋水文、气象自动遥测浮标的长效电源。

该产品外型尺寸仅为342×500毫米，重量16.5公斤。尺寸小，重量轻，材质耐腐蚀。

其发电量为航标灯所耗电量的5~7倍，灯光射程达五海里以上，和我国目前航标使用的电池相比，可节省费用57%，航标的大修期可延长一年。

同时，在发电机功率，电特性和结构上优于当时世界上较先进的日本商品化产品TG103型波力发电装置，而价格比其便宜四分之三。

振动水柱方式波力发电

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